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WO2009065689A2 - Verfahren zur momentenverteilung bei einem parallelen hybridfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur momentenverteilung bei einem parallelen hybridfahrzeug Download PDF

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WO2009065689A2 PCT/EP2008/064235 EP2008064235W WO2009065689A2 WO 2009065689 A2 WO2009065689 A2 WO 2009065689A2 EP 2008064235 W EP2008064235 W EP 2008064235W WO 2009065689 A2 WO2009065689 A2 WO 2009065689A2
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Definitions

  • hybrid vehicles comprising a hybrid transmission are known. They comprise, in addition to the internal combustion engine, at least one electric motor or one electrical machine.
  • a generator is driven by the internal combustion engine, with the generator supplying electric power to the electric motor driving the wheels.
  • parallel hybrid vehicles are known in which an addition of the torques of the internal combustion engine and at least one connectable to the internal combustion engine electric machine.
  • the electric machines can be connected to the belt drive or to the crankshaft of the internal combustion engine. The torques generated by the internal combustion engine and / or the at least one electric machine are transmitted to the driven axle via a downstream transmission.
  • a drive train with an electrically adjustable hybrid transmission and an electrohydraulic control system a plurality of electric power units and a plurality of torque-transmitting mechanisms is known.
  • the torque-transmitting mechanisms can be selectively engaged by the electro-hydraulic control system to four forward gears, a neutral state, a low and high speed electrical operation, a to provide electrically variable low and high speed operating modes and a hill hold mode.
  • a hybrid drive for vehicles at least including a main engine, in particular an internal combustion engine, a generator, an electric motor and a, a sun gear, a ring gear, a planet carrier and planetary gears having planetary gear, which includes at least one output shaft. It is provided that for a first driving range of the vehicle for adding the torques, the drive shafts of the main motor and the electric motor are coupled to the sun gear of the planetary gear and for another driving range of one of the two motors for mechanically adding the rotational speeds according to the superposition principle frictionally on the ring gear the planetary gear is coupled.
  • Task of a torque distribution or a hybrid Bethebsstrategie in hybrid vehicles is the distribution of the driver's desired torque or the driver's desire performance on the engine and the at least one electric machine when the engine and electric machine are operatively connected or adhere to hybrid systems with an integrated starter / generator all couplings.
  • Part of a hybrid Bethebsstrategie is the so-called load point shift, by which the internal combustion engine can be brought on the one hand in an operating range of improved specific consumption and on the other hand, the state of charge of the energy storage can be influenced.
  • a load point shift can be performed as a load point increase or load point reduction.
  • the internal combustion engine provides more torque than the driver's desired torque, wherein the at least one electric machine of the vehicle compensates the difference as a generator, so that the sum of the moments of the internal combustion engine and the Electric machine corresponds to the driver's desired torque and the energy storage is loaded from fuel energy.
  • the internal combustion engine provides less torque than the driver's desired torque, wherein the electric motor compensates for the difference so that the sum of the moments of the internal combustion engine and the electric machine corresponds to the driver's desired torque; by the motor operation of the electric machine, the energy storage is discharged.
  • the known device comprises a device for determining a current state of dynamic or economical driving of the driver dependent desired state of charge of an E nergie arriveds of the vehicle, as well as for determining the current operating case of the drive train as a function of the desired state of charge of the E nergie notess. Furthermore, the device comprises a device for determining the electrically possible nominal drive power for the at least one electric machine of the vehicle in dependence on the desired state of charge and the current operating case of the drive train and a device for determining the desired drive power for the internal combustion engine and the least one Electric machine depending on the electrically possible target drive power.
  • a method and a device for determining an optimum operating point in vehicles which have a hybrid drive with an internal combustion engine and an electric machine.
  • operating point data are determined in a first coordinator using at least one stored characteristic map and in a second step in a second coordinator optimizes the operating point data determined in the first coordinator taking into account the dynamic behavior of the vehicle aggregates.
  • a method for controlling or regulating the state of charge of an energy store or the energy flow in a hybrid vehicle in which the state of charge or the energy flow is controlled or regulated in dependence on a cost function for the energy consumption or the emission output.
  • the costs for the electrical energy with reference from the energy storage, the cost of the electrical energy from the internal combustion engine, as well as the costs of the mechanical energy with respect from the energy storage and from the internal combustion engine are taken into account determining torques for the internal combustion engine and the electric machine using a family of energy cost vectors.
  • DE 699 32 487 T2 discloses a control / regulating method for a hybrid vehicle, in which the current state of charge of the energy store is monitored, wherein in the event that it drops to a threshold, the function of the internal combustion engine from discharging to charging the Energy storage is switched.
  • WO 2006/1 1 1434 A1 a method for operating a vehicle drive is known, with at least one internal combustion engine and at least one mechanically coupled to the at least one internal combustion engine electric machine and at least one with the at least one electric machine and the at least one internal combustion engine operatively connected energy storage in an electrical system, wherein the at least one internal combustion engine and the at least one electric machine generate a requested desired drive torque substantially together. It is provided that a momentary electromotive torque reserve the one or more electric machine (s) is determined and in a specification of an internal combustion engine torque reserve for the at least one or more internal combustion engine (s) is taken into account so that the internal combustion engine torque reserve is minimal.
  • the present invention has for its object to provide a method for torque distribution between the electric machine and the internal combustion engine in a parallel hybrid vehicle comprising an internal combustion engine, at least one electric machine and an energy storage connected to the electric machine, by the implementation of which prevents operation of the internal combustion engine in unfavorable consumption and the electric machine is used optimally.
  • a method for torque distribution between the electric machine and the internal combustion engine is proposed in a parallel hybrid vehicle, in which the electric machine is operated only in the regenerative region or torque-free in the hybrid driving mode or hybrid mode, wherein the energy stored in the electrical machine stored electric Energy is reserved to be consumed by pure electric drive.
  • hybrid mode no load point reduction in the internal combustion engine in hybrid operation (hybrid mode) is carried out, avoids that the internal combustion engine comes into areas of worse specific consumption.
  • fuel consumption is also proposed to consume the energy stored during hybrid operation without load point reduction of the internal combustion engine connected to the electric machine energy storage by the generator operation of the electric machine in a purely electric drive, the hybrid vehicle alternately in the described hybrid mode and in pure electrical mode is operated.
  • more purely electric driving parts can be realized by the described procedure, as when operating a hybrid vehicle according to the prior art.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Momentenverteilung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor bei einem parallelen Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher vorgeschlagen. Im hybriden Fahrbetrieb wird die Elektromaschine nur im generatorischen Bereich oder momentfrei betrieben. Dabei wird die im an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher ohne Lastpunktabsenkung des Verbrennungsmotors durch den generatorischen Betrieb der Elektromaschine gespeicherte elektrische Energie reserviert, um später durch reine elektrische Fahrt verbraucht zu werden.

Description

Verfahren zur Momentenverteilunq bei einem parallelen Hybridfahrzeuq
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Momentenverteilung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor bei einem parallelen Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik sind Hybridfahrzeuge umfassend ein Hybridgetriebe bekannt. Sie umfassen zusätzlich zu dem Verbrennungsmotor zumindest einen Elektromotor bzw. eine elektrische Maschine. Bei seriellen Hybridfahrzeugen wird ein Generator vom Verbrennungsmotor angetrieben, wobei der Generator den die Räder antreibenden Elektromotor mit elektrischer Energie versorgt. Des weiteren sind parallele Hybridfahrzeuge bekannt, bei denen eine Addition der Drehmomente des Verbrennungsmotors und zumindest einer mit dem Verbrennungsmotor verbindbaren elektrischen Maschine erfolgt. Hierbei sind die elektrischen Maschinen mit dem Riementrieb oder mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors verbindbar. Die vom Verbrennungsmotor und/oder der zumindest einen elektrischen Maschine erzeugten Drehmomente werden über ein nachgeschaltetes Getriebe an die angetriebene Achse übertragen.
Beispielsweise ist im Rahmen der DE102006019679 A1 ein Antriebsstrang mit einem elektrisch verstellbaren Hybridgetriebe und einem elektrohyd- raulischen Steuersystem, mehreren elektrischen Leistungseinheiten und mehreren Drehmomentübertragungsmechanismen bekannt. Hierbei können die Drehmomentübertragungsmechanismen durch das elektrohydraulische Steuersystem selektiv eingerückt werden, um vier Vorwärtsgänge, einen neutralen Zustand, eine elektrische Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl, eine elektrisch verstellbare Betriebsart mit niedriger und hoher Drehzahl und eine Berghalte-Betriebsart bereitzustellen.
Aus der DE 102005057607 B3 ist ein Hybridantrieb für Fahrzeuge bekannt, zumindest beinhaltend einen Hauptmotor, insbesondere eine Brennkraftmaschine, einen Generator, einen Elektromotor und ein, ein Sonnenrad, ein Hohlrad, einen Planetenträger sowie Planetenräder aufweisendes Planetengetriebe, das mindestens eine Abtriebswelle beinhaltet. Hierbei ist vorgesehen, dass für einen ersten Fahrbereich des Fahrzeuges zur Addition der Drehmomente die Antriebswellen des Hauptmotors und des Elektromotors auf das Sonnenrad des Planetengetriebes gekoppelt sind und für einen weiteren Fahrbereich einer der beiden Motoren zur mechanischen Addition der Drehzahlen entsprechend dem Überlagerungsprinzip kraftschlüssig auf das Hohlrad des Planetengetriebes koppelbar ist.
Aufgabe einer Momentenverteilung bzw. einer Hybrid-Bethebsstrategie bei Hybridfahrzeugen ist die Verteilung des Fahrerwunschmoments bzw. der Fahrerwunschleistung auf den Verbrennungsmotor und die zumindest eine Elektromaschine, wenn Verbrennungsmotor und Elektromaschine wirkverbunden sind bzw. wenn bei Hybridsystemen mit einem integrierten Starter/Generator alle Kupplungen haften. Ein Teil einer Hybrid-Bethebsstrategie ist die so genannte Lastpunktverschiebung, durch die der Verbrennungsmotor einerseits in einen Betriebsbereich verbesserten spezifischen Verbrauchs gebracht werden kann und andererseits der Ladezustand des Energiespeichers beeinflusst werden kann.
Eine Lastpunktverschiebung kann als Lastpunktanhebung oder Lastpunktabsenkung ausgeführt werden. Im Fall einer Lastpunktanhebung erbringt der Verbrennungsmotor mehr Moment als das Fahrerwunschmoment, wobei die zumindest eine Elektromaschine des Fahrzeugs die Differenz generatorisch ausgleicht, sodass die Summe der Momente des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine dem Fahrerwunschmoment entspricht und der Energiespeicher aus Kraftstoffenergie geladen wird.
Im Fall einer Lastpunktabsenkung erbringt der Verbrennungsmotor weniger Moment als das Fahrerwunschmoment, wobei die Elektromaschine die Differenz motorisch ausgleicht, sodass die Summe der Momente des Verbrennungsmotors und der Elektromaschine dem Fahrerwunschmoment entspricht; durch den motorischen Betrieb der Elektromaschine wird der Energiespeicher entladen.
Aus der DE 10 2004 043 589 A1 der Anmelderin ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung der Antriebsleistungsverteilung in einem Hybrid- Antriebsstrang eines Fahrzeuges bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfasst eine Einrichtung zur Bestimmung eines von aktuellen dynamischen oder ökonomischen Fahrweise des Fahrers abhängigen Soll-Ladezustandes eines E- nergiespeichers des Fahrzeugs, sowie zur Bestimmung des aktuellen Betriebsfalls des Antriebsstranges in Abhängigkeit von dem Soll-Ladezustand des E- nergiespeichers. Des weiteren umfasst die Vorrichtung eine Einrichtung zur Bestimmung der elektrisch möglichen Soll-Antriebsleistung für die wenigstens eine Elektromaschine des Fahrzeugs in Abhängigkeit vom Soll-Ladezustand und dem aktuellen Betriebsfall des Antriebsstranges und eine Einrichtung zur Bestimmung der Soll-Antriebsleistung für den Verbrennungsmotor und die wenigsten eine Elektromaschine in Abhängigkeit von der elektrisch möglichen Soll-Antriebsleistung.
Aus der DE 10 2005 044 828 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung eines optimalen Betriebspunktes bei Fahrzeugen bekannt, die einen Hybridantrieb mit einer Verbrennungsmaschine und einer Elektromaschine aufweisen. Dabei werden in einem ersten Schritt in einem ersten Koordinator Betriebspunktdaten unter Verwendung mindestens eines abgespeicherten Kennfeldes ermittelt und in einem zweiten Schritt in einem zweiten Koordinator die im ersten Koordinator ermittelten Betriebspunktdaten unter Berücksichtigung des dynamischen Verhaltens der Fahrzeugaggregate optimiert.
Aus der DE 10 2005 044 268 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung oder Regelung des Ladezustands eines Energiespeichers oder des Energieflusses in einem Hybridfahrzeug bekannt, im Rahmen dessen der Ladezustand oder der Energiefluss in Abhängigkeit einer Kostenfunktion für den Energieverbrauch oder den Emissionsausstoß gesteuert oder geregelt wird. Insbesondere werden bei der Durchführung des Verfahrens die Kosten für die elektrische Energie bei Bezug aus dem Energiespeicher, die Kosten für die elektrische Energie bei Bezug aus dem Verbrennungsmotor, sowie die Kosten für die mechanische Energie bei Bezug aus dem Energiespeicher und aus dem Verbrennungsmotor berücksichtigt, wobei unter Verwendung einer Schar von Energiekostenvektoren Solldrehmomente für den Verbrennungsmotor und die Elektromaschine ermittelt werden.
Des weiteren geht aus der DE 699 32 487 T2 ein Steuer/Regelverfahren für ein Hybridfahrzeug hervor, bei dem der gegenwärtige Ladezustand des Energiespeichers überwacht wird, wobei für den Fall, dass dieser auf eine Schwelle absinkt, die Funktion des Verbrennungsmotors vom Entladen zum Laden des Energiespeichers umgeschaltet wird.
Ferner ist aus der WO 2006/1 1 1434 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeug-Antriebs bekannt, mit wenigstens einem Verbrennungsmotor und wenigstens einer mit dem wenigstens einen Verbrennungsmotor mechanisch gekoppelten Elektromaschine sowie mit wenigstens einem mit der wenigstens einen Elektromaschine und dem wenigstens einen Verbrennungsmotor wirkverbundenen Energiespeicher in einem elektrischen Bordnetz, wobei der wenigstens eine Verbrennungsmotor und die wenigstens eine Elektromaschine ein angefordertes Antriebssollmoment im Wesentlichen gemeinsam erzeugen. Hierbei ist vorgesehen, dass eine momentane elektromotorische Drehmoment- reserve der einen oder mehreren Elektromaschine(n) ermittelt wird und bei einer Vorgabe einer verbrennungsmotorischen Drehmomentreserve für den wenigstens einen oder für die mehreren Verbrennungsmotor(en) so berücksichtigt wird, dass die verbrennungsmotorische Drehmomentreserve minimal wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Momentenverteilung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor bei einem parallelen Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher anzugeben, durch dessen Durchführung ein Betrieb des Verbrennungsmotors in ungünstigen Verbrauchsbereichen vermieden wird und die Elektromaschine optimal genutzt wird.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus dem Unteranspruch hervor.
Demnach wird ein Verfahren zur Momentenverteilung zwischen der E- lektromaschine und dem Verbrennungsmotor bei einem parallelen Hybridfahrzeug vorgeschlagen, im Rahmen dessen im hybriden Fahrbetrieb bzw. Hybridmodus die Elektromaschine nur im generatorischen Bereich oder momentfrei betrieben wird, wobei die im an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher gespeicherte elektrische Energie reserviert wird, um durch reine elektrische Fahrt verbraucht zu werden.
Durch die erfindungsgemäße Konzeption, wonach keine Lastpunktabsenkung beim Verbrennungsmotor im Hybridbetrieb (Hybridmodus) durchgeführt wird, wird vermieden, dass der Verbrennungsmotor in Bereiche schlechteren spezifischen Verbrauchs kommt. Um den Kraftstoffverbrauch weiter zu minimieren wird zudem vorgeschlagen, die während des Hybridbetriebs ohne Lastpunktabsenkung des Verbrennungsmotors im an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher durch den generatorischen Betrieb der Elektromaschine gespeicherte Energie in einer rein elektrische Fahrt zu verbrauchen, wobei das Hybridfahrzeug abwechselnd im beschriebenen Hybridmodus und im rein elektrischen Modus betrieben wird. In vorteilhafter Weise können durch die beschriebene Vorgehensweise mehr rein elektrische Fahranteile realisiert werden, als bei Betrieb eines Hybridfahrzeugs nach dem Stand der Technik.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Momentenverteilung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor bei einem parallelen Hybridfahrzeug, umfassend einen Verbrennungsmotor, zumindest eine Elektromaschine und einen an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass im hybriden Fahrbetrieb die Elektromaschine nur im generatorischen Bereich oder momentfrei betrieben wird, wobei die im an die Elektromaschine angeschlossenen Energiespeicher während des Hybridbetriebs ohne Lastpunktabsenkung des Verbrennungsmotors durch den generatorischen Betrieb der Elektromaschine gespeicherte elektrische Energie reserviert wird, um durch reine elektrische Fahrt verbraucht zu werden.
2. Verfahren zur Momentenverteilung zwischen der Elektromaschine und dem Verbrennungsmotor bei einem parallelen Hybridfahrzeug, nach Anspruch
1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridfahrzeug abwechselnd im Hybridbetrieb ohne Lastpunktabsenkung und im rein elektrischen Modus betrieben wird.
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